Cómo verificar la resistencia térmica de los cables y usar las protecciones adecuadas
Este artículo técnico de Quim Soler, responsable de Componentes Industriales de Grupo Elektra, te desvela aspectos prácticos sobre un tema muy interesante para profesionales involucrados en el diseño, la instalación o el mantenimiento de sistemas eléctricos.
Índice
Comprobación de la resistencia térmica de cables en condiciones de cortocircuito
La sección de los cables debe permitir vehicular la corriente nominal de la carga sin que los conductores sufran deterioro (aumento de temperatura del aislante). También ha de aguantar la energía que provoca un posible cortocircuito hasta que actúe la protección magnetotérmica.
Como veremos un poco más abajo con ejemplos, en general no es necesario realizar la comprobación de la resistencia térmica de un cable, a excepción de los casos donde los cables de una sección pequeña están instalados cerca del cuadro de distribución general o se alimentan de él.
1. Limitaciones térmicas
Cuando la duración de la corriente de cortocircuito es corta (desde varias décimas de segundo hasta cinco segundos como máximo) se presupone que todo el calor generado permanece en el conductor, con lo cual aumenta la temperatura.
Se dice que el proceso de calentamiento es adiabático, una premisa que simplifica el cálculo y proporciona un resultado pesimista, es decir, una temperatura del conductor superior a la que se produciría realmente, dado que en la práctica, parte del calor sería disipado por el conductor y pasaría al aislamiento.
Para un período de 5 segundos o menos, la relación I2t=k2S2 representa el tiempo en segundos durante el cual un conductor con una sección S (en mm2) puede llevar una corriente de amperios, antes de que la temperatura alcance un nivel perjudicial para el aislamiento.
Valores k en función del aislamiento del cable (para cables de Cobre):
Para conductores de cobre, en aislamiento de PVC, k=115 As1/2/mm2.
El método de comprobación consiste en verificar que la energía térmica I2t por ohmio del material conductor, que admite el interruptor automático de protección (según los catálogos de fabricantes), es inferior a la permitida para ese conductor en particular.
k2S2 > I2t
En el REBT, en su ITC-BT-07: 3.2 Intensidades de cortocircuito admisibles en los conductores. Tabla 17: Densidad de corriente de cortocircuito admisible en A/mm2 para conductores de cobre.
Nos da también los coeficientes k.
2. Elección de las protecciones
Debería cumplirse que el tiempo de disparo de la protección fuera inferior a:
t< (k x S/I)2
Siendo:
- t: tiempo de disparo de la protección (< 5s, para que sea válida la fórmula).
- S: sección
- I: intensidad de cortocircuito (A).
- k: factor para conductores de cable aislados.
Por ejemplo, en una línea de sección 2,5 mm2, (cable de cobre en aislamiento PVC) en la que la intensidad de cortocircuito prevista fuera de 10 kA, el tiempo de disparo de la protección debería ser: t <(115×2,5/10000)2 < 0,00082 segundos.
Las protecciones modulares (interruptores magnetotérmicos), disparan en 0,01 segundos, lo que significa que no se alcanzaría esta condición.
La realidad es que las protecciones tienen la capacidad de limitación, y los fabricantes suministran las curvas de energía limitada (A2s)
Así, por ejemplo:
Schneider Electric:(iC60N). Energía Limitada
Siemens. Curva de energía de paso
Entonces, podemos determinar la sección mínima:
Por ejemplo:
La problemática puede aparecer, por ejemplo, cuando se realiza una derivación desde un repartidor (o embarrado) con una sección “pequeña” del cable:
Si en la longitud de este cable hasta la siguiente protección se produjera un cortocircuito, este cortocircuito sería eliminado por la protección aguas arriba del repartidor, pudiendo dejar pasar esta protección más energía (I2t) que la que aguanta el cable.
Por ejemplo:
Interruptor 3VA1 de 160 A: Curva de energía de paso. Para una Icp=25 kA
I2t=394,4 kA2s
Sección mínima del cable:
Y, como se observa en la foto, hay cables de menor sección que no son adecuados, ya que no están protegidos contra una condición de cortocircuito.
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